La Réparation d'un piano grâce à l'impression 3D et la numérisation 3D

Pianos Mondy  x  Machines-3D

C’est l’occasion pour nous de vous présenter l’un de nos projets les plus innovants de l’année 2022. Celui-ci consiste à remplacer des pièces mécaniques usagées d’un piano par de nouvelles pièces imprimées en 3D.

Piano Knight de la Citadelle des Savoir-Faire

Ce projet collaboratif de Recherche et Développement entre Pianos Mondy et Machines-3D a pour but de remplacer le mécanisme usé que l’on retrouve dans un piano par de l’impression tridimensionnelle. Pianos Mondy est une société située à Châtelet en Belgique proposant depuis plus de 20 ans, l’entretien, la réparation, la restauration ainsi que l’achat, vente et location de pianos. Si certains artisans pratiquent leur art en hobby, par passion, certains d'entre eux en font leur métier comme Laurent Mondy, technicien piano. Laurent a suivi ses études au Conservatoire Royal de Mons puis continué de suivre une formation dans un atelier de réparation et de restauration de pianos. Parallèlement, Il a également suivi un cycle d'étude en facture de piano à l'Institut Technologique Européen des Métiers de la Musique au Mans. Après ces expériences, Il a enfin créé son propre atelier de restauration avec une salle d'exposition. 

"Les marteaux s'usent au fur et à mesure de leur utilisation. Dans les écoles de musique, ils ne sont jamais remplacés puisque c'est trop onéreux et le temps à passer pour les remplacer est très long et fastidieux (tension de la feutrine, agrafe, ...). Au bout d'un certain temps, le son est dégradé." 

 

Laurent Mondy, fondateur de l’entreprise Pianos Mondy

La mécanique avec laquelle un pianiste génère des sons sur un piano relève d'un principe très simple. Une corde par touche est tendue à l'intérieur du piano. L'enfoncement d'une touche déclenche une mécanique dans laquelle un marteau fixé à un manche frappe la corde correspondante. Sur les pianos de fabrication classique, les pièces fixes de cette mécanique sont réalisées en hêtre. Mais la mécanique en tant que telle est également très complexe et se modifie selon l’environnement dans lequel se situe l’instrument (humidité, température). Les touches peuvent alors se bloquer puisque le bois gonfle. Le piano doit donc être accordé et entretenu régulièrement. Une raison suffisante pour Laurent Mondy pour revoir cette mécanique. Contrairement au bois, les pièces imprimées en 3D sont très simples à réaliser et ne se dégradent que très peu au fil du temps. Cette solution représente un véritable gain de temps et assure la pérennité des pièces. 

C’est pourquoi Laurent Mondy s’est tourné vers notre société spécialisée dans l’industrie de la fabrication additive depuis 2013.

Le projet est actuellement en cours sur un piano de la Citadelle des Savoir-Faire, là où se situent les locaux de Machines-3D. Avec l’aide des scanners Shining 3D Einstar et Einscan SP, les pièces usées de ce piano, difficilement remplaçables à cause de leur complexité de fabrication, sont numérisées afin de pouvoir être reproduites grâce à l’impression 3D. 

Choisi pour sa maniabilité, l'Einstar est utilisé pour scanner la position des marteaux et des cordes sur le piano. En effet, ce scanner 3D multifonctionnel et abordable est équipé de 3 projecteurs infrarouges VCSEL, de 2 caméras de profondeur stéréo et d'une caméra RVB. L'Einstar peut ainsi capturer des données de numérisation claires en couleurs authentique et aussi générer des sorties stables à l'extérieur. Il offre une distance de travail flexible pour les petits et grands objets et met des données 3D de haute qualité à la disposition de tous. Ce scanner prend en charge plusieurs sorties de format de données, compatibles directement avec les imprimantes 3D et les logiciels de conception 3D.

L'Einscan SP, quant à lui, numérise précisément la structure de la pièce. Ce sanner 3D fixe permet de scanner des pièces mécaniques, comme organiques avec une précision allant à plus de 50 microns (0.05mm). Il dispose d'une netteté certifiée par un processus serieux de calibrage de précision ainsi que d'une qualité d'exécution prodigieusement rapide. Avec tous ces procédés innovants, cette machine est faite pour rendre la modélisation 3D de haute résolution accessible aux professionnels et pour répondre à toutes les éxigences en matière de modélisaion 3D de haute habilité.

Premier marteau imprimé en 3D

Chaque marteau se doit d’être scanné car leur forme, leur poids et leur densité sont dissemblables. Ce processus permet aux touches du piano de produire des sonorités différentes. Concernant la feutrine, elle est remplacée par des matériaux comme le PLA ou l’ABS, une patte de silicone est ensuite disposée sur celle-ci et s'imprègne de la forme des cordes.

Les prototypes de marteaux sont ensuite imprimés avec l'imprimante tridimensionnelle Raise3D Pro2 au sein de l’atelier de Pianos Mondy par le procédé FDM, une technologie qui consiste à déposer du fil fondu couche par couche à partir d’un modèle 3D. Pour ensuite être assemblés manuellement par Laurent.

La coopération entre Pianos Mondy et l'équipe de Machines-3D est en cours de finalisation et avance de façon progressive. Les nouvelles pièces imprimées en 3D de la mécanique des marteaux sont très résistantes à l'usure et la mécanique devrait rester uniforme durablement. L'impression 3D permet aussi de produire rapidement des pièces identiques. Les ajustements réguliers destinés à éviter les défauts de sonorité peuvent ainsi être réduits à un minimum. Le nouveau système s'impose aussi dans la pratique. Après une première phase d'adaptation, ceux-ci sont en mesure de produire plus de puissance avec moins de force et de créer un lien tout nouveau avec leur instrument. Ce projet permettra de proposer des réparations à prix plus abordable avec une meilleure maîtrise du temps passé sur le piano.